胜利油田CCUS配套技术研究分析

赵铁军，赵磊，单淑平，刘冲

摘要：胜利油田面向国家“碳达峰、碳中和”战略目标，加快CCUS技术链构建，自主研发多套二氧化碳驱油与封存实验设备和注采输装备，突破国外技术壁垒，填补国内空白。包括多孔介质中流体相态测试系统、高温高压多相界面性质测试系统、高温高压CO₂驱微观渗流实验装置、超高压二氧化碳注气管柱、高效密闭地面注入系统等配套装备；CO₂驱油藏工程综合分析平台、多相多组分非线性油藏数值模拟软件等配套软件。未来，胜利油田将逐步形成更加完整的科研体系和社会服务环境管理支撑体系、建立国际一流的碳捕集、利用与封存技术研发团队，全面提升我国CCUS技术水平和核心竞争力。

关键词：CCUS；配套装备；软件；采出气

胜利油田面向国家“碳达峰、碳中和”战略目标，发挥上下游一体化规模优势，加快CCUS技术链构建，打造CCUS实验研究平台。针对不同碳源、不同驱油利用与封存场所的特点，突破碳捕集、驱油利用、封存等关键核心技术，攻关注采输、环境监测和碳足迹等技术，形成可复制、可推广的配套技术系列，支撑和引领我国CCUS技术发展，全面提升我国CCUS技术水平和核心竞争力，为绿色低碳发展和碳中和目标的实现作出贡献。

一.配套装备研发技术进展

胜利油田自主研发多套二氧化碳驱油与封存实验设备和注采输装备，突破国外技术壁垒，填补国内空白，替代了进口设备，并在国内胜利、华东、江苏、长庆、延长等多家油田进行推广应用。

1.多孔介质中流体相态测试系统

研制了多孔介质中流体相态测试系统，用于测试多孔介质条件下的流体相态变化参数，并建立了直接法与间接法两种表征方法，对多孔介质中流体相态变化特征进行准确定位，测量多孔介质中流体相态变化参数，为油藏流体相态规律研究提供技术手段。

2.高温高压多相界面性质测试系统

自主研制了高温高压多相界面性质测试系统，实现了油藏条件下气-液-固多相界面性质的动态、定量评价及可视化观察，为研究气驱沿程界面性质变化，明晰驱油机理提供了有效手段。

3.高温高压扩散系数测定仪

研发高温高压扩散系数测定仪，考虑了CO₂溶于原油引起的原油体积膨胀及多孔介质迂曲度、孔隙度等对扩散系数的影响，实现70MPa、150℃条件下多孔介质中扩散系数的测定。

4.高温高压在线核磁驱替装置

自主研发了高温高压在线核磁驱替装置，最高工作压力35MPa，最高工作温度85℃。该装置将核磁共振检测与动态驱替相结合，实现了水驱、气驱条件下流体饱和度的实时测试，形成了油水动用孔隙下限研究方法，明确了注入介质与岩石耦合作用下流体动用孔隙界限。

5.高温高压CO₂驱微观渗流实验装置

自主研发了高温高压CO₂驱微观渗流实验装置，最高工作温度300℃，最高工作压力100MPa，解决了微量注采控制、图像的瞬态捕捉和模型制作的难题，可用于不同注入方式下微观驱油机理研究。

6.CO₂驱流体溶解分配测定装置

自主研制了CO₂驱流体溶解分配测定装置，最高工作压力70MPa，最高工作温度150℃。建立了CO₂在油水中溶解分配系数测定技术，实现了不同压力、不同含水饱和度条件下CO₂在油水中的分配系数测定，并形成了CO₂在油水中溶解分配系数图版。

7.高温高压双管长岩心驱替装置

自主研发了高温高压双管长岩心驱替装置，最高工作压力70MPa，最高工作温度150℃。能够模拟非均质油藏CO₂驱油与封存的驱替过程，为矿场气驱方案设计提供数据支持。

8.超高压二氧化碳注气管柱

自主研发了超高压二氧化碳注气管柱，解决了高压气密封难题，实现气密封压差50MPa，耐温170℃。在胜利、华东、江苏、长庆、延长等油田现场试验105井次，气密封有效期最长6.5年。

9.多功能采油管柱

自主研制了包含挂片器、毛细管测压装置、高气液比气锚和生产控制阀等工具的多功能采油管柱，具有高气油比深抽、腐蚀监测与控制、实时压力测试、储层保护与安全作业等功能，适用气液比达到400 m³/m³，在胜利、华东等油田实施32口井，平均泵效由16.7%提高至33.9%。

10.高效密闭地面注入系统

自主研发了模块化、系列化、自动化、标准化的注入装备，形成了一套高效密闭的地面注入系统，包括存储、注入、计量控制三个模块，实现了注入全过程中CO₂的净零排放，降低了能耗。

（1）存储模块

采用分体式的设计，将储罐本体和管汇流程分别成橇并留有接口，在使用时组装成一个整体，管汇流程橇在底部，储罐本体在上部，解决了罐内液体重力压头不够的问题，保证在地面完成生产操作。在管汇流程上配备了空温式汽化器及自力式调节阀，能够将罐内的压力始终稳定在2MPa左右，10天内温升不超过3℃。

（2）注入模块

研发了高效密闭的注入装置，在注入泵泵头加装了高压气液分离装置，将注入过程中气化的二氧化碳回收至储罐中，无需强制外排，实现了CO

₂在系统中的内循环，提高了泵效，实现了注入全过程中的净零排放。

（3）计量分配模块

研究了气相、密相和超临界CO₂密度补偿修正算法，并集成到通用V锥流量计中，配套电动阀，实现多井同时注入的计量调节，解决了目前国内无法实现一泵对多井同时注入的难题。

11.采出气CO₂回收装置

针对产出气的规模和产出气中CO₂的含量，开展了采出气CO₂回收工艺优化，自主研发了四种不同的采出气CO₂回收装置并进行了现场试验，均取得良好效果。

二.配套软件研发技术进展

1.CO₂驱油藏工程综合分析平台

研发了具有自主知识产权的CO₂驱油藏工程综合分析平台，包括油藏筛选与潜力评价模块、MMP预测模块、注入井井筒模拟计算模块、油藏工程智能优化模块、驱油埋存一体化经济评价模块五个模块，提供了一套油藏工程的快速评价的解决方案。以非完全混相驱和智能化为特色，适用于陆相油藏，是注CO₂提高采收率的综合工具包，目前国内尚无相关软件。

2.多相多组分非线性油藏数值模拟软件

研发了具有自主知识产权的多相多组分非线性油藏数值模拟软件，是新一代数值模拟理论架构下的常规及非常规油藏数值模拟软件，能够精确、高效的对黑油和组分模型进行动态模拟。软件考虑了多孔介质内流体相态特征、非完全混相驱替特征、扩散及启动压力梯度、物性与相渗时变等特点，采用嵌入式离散裂缝模型、棱柱型非结构化网格剖分方法，兼容Eclipse数据格式，具备千万网格模型模拟的能力，包括网格模型、流体模型、岩石模型、流体岩石相互作用模型、井和生产制度五个模型。

3.低渗透油藏二氧化碳驱试井解释软件

建立了不同井网和井型开采方式下二氧化碳驱组分数学模型，基于有限体积法对模型进行求解，采用同步扰动随机逼近算法对多参数自动拟合，研发了具有自主知识产权的低渗透二氧化碳驱试井解释软件，实现了低渗透油藏直井和压裂直井的二氧化碳驱试井解释功能。软件包括数据管理及预处理模块、油藏模型建立模块、试井解释模块、成果输出及共享模块、曲线查看和帮助等部分，有效提高试井解释研究水平。

三.CCUS配套技术发展规划

胜利油田密切结合国家CCUS与CO₂资源化利用发展的重大需求，通过研究，形成一批碳捕集、利用与封存基础科学理论和实验方法，突破一批核心关键技术，研制一批关键注采输装备，建立完善相关技术标准、操作规范及CCUS管理体系，形成完整的科研体系和社会服务环境管理支撑体系。

1.近期发展目标

建成相对完善的组织管理体系，建立有效作业和管理机制，完善CCUS实验能力，构建相对成熟的CCUS系统研发平台与创新基地，突破一批CO₂捕集、利用与封存关键技术。

2.中远期发展规划

围绕我国CCUS技术发展路线和技术发展目标，积极追踪国内外CCUS技术的前沿，突破一批CCUS关键基础理论和技术，实现成本和能耗显著降低。开展碳捕集、利用与封存关键技术研究，解决工程和产业领域中的重大技术和共性技术难题，实现碳捕集和利用技术的工程化和产业化，为国家“碳达峰、碳中和”目标的实现提供技术支撑和服务。